摘要
近年来，旧建筑的拆除导致产生了大量的废弃混凝土，此外，建设活动也需消耗大量天然砂石骨料资源。废弃混凝土的二次利用能够在一定程度上提高建筑垃圾资源利用率，缓解天然骨料供给的紧迫需求。将废弃混凝土破碎制成再生骨料是提高建筑垃圾资源化利用率的有效手段。目前废弃混凝土破碎方法以机械破碎为主，产出的再生粗骨料质量不佳，主要表现为粒形特征不理想，黏附砂浆含量高。水射流具有高效致裂破碎、快速材料去除、选择性材料分离等技术优势，但目前水射流技术用于废弃混凝土破碎制备再生粗骨料的研究较少。基于此，本文将水射流技术引入废弃混凝土二次利用领域，提出了一种水射流破碎废弃混凝土制备再生粗骨料的新方法，利用水射流去除了粗骨料表面黏附砂浆，实现了回收高品位的再生粗骨料，探讨了水射流技术分离的再生粗骨料对于提升再生骨料混凝土性能的技术优势。主要研究内容及结论如下: (1)开展了水射流破碎混凝土分离粗骨料的试验研究与数值模拟，探讨了水射流破碎混凝土分离粗骨料机制，研究了水射流参数对粗骨料分离效率的影响。结果表明:水射流破碎混凝土分离粗骨料过程可分为粗骨料棱角处微裂纹萌生、界面过渡区裂纹扩展、裂纹相交分离粗骨料三个主要阶段，粗骨料在射流冲击过程中会出现中间断裂和棱角处断裂两种断裂行为。适中的射流速度、较小的长宽比、适中的磨料体积分数、较高的混凝土强度有利于提升粗骨料的分离效率。 (2) 开展了水射流技术分离的再生粗骨料的粒形特征研究，依据结果初步明确了粗骨料在射流冲击下的断裂行为，研究了射流压力对再生粗骨料粒形特征的影响。结果表明:采用120 MPa压力以上的水射流能够达到高效破碎混凝土、分离粗骨料的技术效果，同时还表现出一定的去除黏附砂浆的能力。再生粗骨料粒径呈正态分布，平均粒径为18.09 mm,与天然粗骨料平均粒径对比表明粗骨料在射流冲击下主要发生棱角处断裂情况。平均长宽比为1.48,平均圆度为0.71,平均球度为0.77,平均轴比指标EI和FI分别为0.79和0.75,射流压力与再生粗骨料粒径、长宽比呈反比，与球度呈正比。再生粗骨料总体呈球形或方形，展现出一定的颗粒整形作用。 (3)开展了再生骨料混凝土力学性能研究，对比分析了水射流技术和传统机械技术下获取的再生粗骨料基本性质，通过设计不同再生粗骨料种类和掺量的再生骨料混凝土试件，研究了不同技术下制备的再生粗骨料对再生骨料混凝土性能的影响。结果表明:水射流技术获取再生粗骨料的黏附砂浆含量和针片状含量分别仅为传统机械技术的53％和68％,吸水率和空隙率也分别降低了 41％和3％,表观密度提升了 1.7％,表明使用水射流方式获取的再生粗骨料普遍能够满足国家Ⅰ类标准的要求。水射流再生骨料混凝土的超声探测速度与天然骨料混凝土相差不大，其再生粗骨料掺量为50％时，混凝土强度依旧能处于40 MPa以上。当再生粗骨料掺量分别为30％、40％和50％时，水射流再生骨料混凝土相比于机械再生骨料混凝土的超声速度分别提高了 4.3％、2.5％和5.5％,抗压强度分别提高了 5.8％、22.7％和17.7％。体现出水射流技术再生粗骨料在废弃混凝土资源化利用中能够展示更好的性能优势。
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